نظام الطاقة الشمسية لتتبع الشمس

مقدمة

مصدر الطاقة

مع التطور المتزايد ، تنشأ الحاجة اللاحقة للطاقة لكل جزء من حياة الإنسان. المصدر الرئيسي للطاقة هو الطبيعة ، والتي توفر عدة مصادر مثل الوقود الأحفوري. يمكن تصنيف الموارد الطبيعية إلى مصادر طاقة غير متجددة ومتجددة.

تستخدم مصادر الطاقة غير المتجددة مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي في الغالب ، ولكن لا يمكن تجديدها. أيضًا ، تخلق عوامل مثل الاحتباس الحراري ، استمرار ارتفاع الوقود عوائق في استخدام مصادر الطاقة هذه.

من الآن فصاعدًا ، فإن الطريقة الوحيدة هي استخدام مصادر الطاقة المتجددة ، والتي يمكن تجديدها واستبدالها. ومن الأمثلة على ذلك طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الحرارية.

من هذه الطاقة الشمسية هي الطاقة الأساسية.

تحقق من المشروع الحي من لوحة شمسية لتتبع الشمس

الشمس كمصدر للطاقة

ينتج الاندماج النووي في اللب النشط للشمس درجة حرارة داخلية تبلغ 10⁷K وتدفق إشعاع داخلي للتوزيع الطيفي غير المتكافئ. يتم امتصاص هذا الإشعاع الداخلي في الطبقات الخارجية السلبية التي يتم تسخينها إلى حوالي 5800 كلفن. يولد هذا الإشعاع طاقة ضوئية على شكل فوتونات تحمل كمية كبيرة من الطاقة والزخم. يمكن أن تنحرف هذه الفوتونات أو يمكن أن تمتص أثناء رحلتها من الشمس إلى الأرض.

تستقبل الأرض طاقة إشعاع شمسي تبلغ حوالي 1.73 * 10¹⁴كيلوواط. تتكامل هذه الطاقة المستلمة باستمرار مع طاقة إجمالية تبلغ 5.46 * 10^{واحد وعشرين}MJ في السنة. وبالتالي فإن الطاقة الشمسية هي أهم مصدر للطاقة المطلوبة لتلبية الطلبات المتزايدة للبشرية.

هناك ثلاث طرق مختلفة لتجميع هذه الطاقة ، بناءً على نوع المجمع:

• المجمعات ذات الألواح المسطحة هي أكثر أنواع المجمعات شيوعًا اليوم. إنها صفائف من الألواح الشمسية مرتبة في مستوى بسيط.
• المجمعات البؤرية هي في الأساس مجمعات ذات مستوى مسطح مع أجهزة بصرية مرتبة لتعظيم الإشعاع الساقط على بؤرة المجمع. هذه تستخدم حاليا فقط في عدد قليل من المناطق المتفرقة. أفران الطاقة الشمسية هي أمثلة على هذا النوع من المجمعات.
• الجامعون السلبيون مختلفون تمامًا عن النوعين الآخرين من المجمعات. تقوم المجمعات السلبية بامتصاص الإشعاع وتحويله إلى حرارة بشكل طبيعي ، دون أن يتم تصميمها أو بناؤها للقيام بذلك.

الألواح الشمسية

من بين هذه الألواح المسطحة ، يتم استخدام المجمعات على نطاق واسع. مثال على ذلك هو الألواح الشمسية.

اللوح الشمسي عبارة عن مجموعة من الخلايا الشمسية مرتبة في مصفوفة. يمكن لهذه اللوحات تجميع الطاقة بين 10 إلى 300 واط.

الخلية الشمسية عبارة عن جهاز شبه موصّل ثنائي الطبقات يستخدم لامتصاص الإشعاع. إنه يعمل على مبدأ الخلايا الكهروضوئية ، مما يعني توليد الجهد من خلال الضوء الساقط. عندما يسقط الضوء على الطبقات ، فإنه يثير الإلكترونات ، مما يتسبب في قفزها من طبقة إلى أخرى ، مكونًا شحنة كهربائية.

مصدر الصورة - إتاب - إتاب

يتكون نظام استقبال الطاقة الشمسية النموذجي من الأجزاء التالية

1. لوحة للطاقة الشمسية - لتجميع الطاقة.
2. العاكس- لتحويل طاقة التيار المستمر المستلمة إلى تيار متردد.
3. البطارية- لتخزين طاقة التيار المستمر المستلمة.

تركيب الألواح الشمسية

تتمثل إحدى القيود الرئيسية في استخدام الألواح الشمسية في طريقة تركيبها لتلقي أقصى طاقة ضوئية من الشمس.

العوامل التي تؤثر على الناتج أو كفاءة الألواح الشمسية هي كما يلي:

• اتجاه: في حالة كون الموقع نصف الكرة الشمالي ، يجب أن تكون الألواح مواجهة للشمال والموقع هو نصف الكرة الجنوبي ، ويجب أن تواجه الألواح الجنوب.
• إمالة أو اتجاه : يجب أن يكون للألواح الشمسية ميل مساوٍ لخط العرض لموقعها. مع تغير ميل دوران الأرض ، يجب تعديل الألواح الشمسية للحصول على أقصى قدر من الضوء.
• نوع السطح : يفضل السطح العريض في الغالب ، حيث يتلقى أقصى قدر من ضوء الشمس.

لإجراء تثبيت فعال للألواح ، بحيث تتلقى أشعة الشمس الكافية ، يتم استخدام أجهزة تسمى Trackers والتي توجه الألواح نحو الأرض.

هناك نوعان من أجهزة التتبع:

أ. المقتفي السلبي :

تستخدم أجهزة التعقب السلبية نظامًا يتحرك بموجبه السائل أثناء تسخينه بواسطة الشمس ويستخدم لتحريك اللوحة ، ويعود تلقائيًا إلى الموضع الصحيح للصباح. يتكون من خزانين أنبوبيين يوضعان على جانبي اللوحة الشمسية بحيث في حالة عدم محاذاة اللوحة مع الشمس ، يتم تسخين السائل في الخزانات بشكل غير متساو مما يتسبب في اختلاف الضغط يؤدي هذا الاختلاف في الضغط بدوره إلى تحرك السائل نحو الخزان مع درجات حرارة منخفضة. وهكذا ، مع تذبذب مستوى السائل بين الخزانين ، يتسبب التحول في الوزن في قيام الجاذبية بتدوير جهاز التعقب مع اتجاه الشمس. إنها أقل تكلفة ولا تتطلب أجهزة كهربائية وتتطلب صيانة أقل. ومع ذلك ، قد لا تثبت آليات استشعار الضوء التقليدية دقتها خلال الأيام الملبدة بالغيوم ، كما أنها غير فعالة.

ب. المقتفي النشط :

يتكون المقتفي النشط عادة من محركات مثل محرك سيرفو أو محرك السائر المحركات لتدوير اللوحة. من الناحية المثالية ، يضرب الإشعاع الشمسي اللوح بزاوية 90 درجة. يحافظ المحرك على اللوحة في تلك الزاوية ، لتلقي أقصى قدر من الإشعاع. يمكن التحكم في المحرك بأي من الطريقتين. تتمثل إحدى الطرق في استخدام نظام إلكتروني لحساب الموقع الفلكي للشمس في موقع معين ، وبناءً عليه ، قم بتدوير اللوحة الشمسية في اتجاه عمودي على الشمس في فترات زمنية محددة مسبقًا. يستخدم عنصر تحكم آخر ترتيبًا مستشعرًا لاستشعار السطوع في السماء ، وبالتالي قم بتدوير اللوحة بزاوية قائمة على اتجاه الشمس.

تطبيق الطريقة المذكورة أعلاه

تطبيق تركيب الألواح الشمسية

يتم التحكم في محرك السائر باستخدام متحكم 8051 ، من خلال سائق التتابع IC ULN2003A. يتكون من لوحة منخفضة الطاقة على عمودها ويوفر دورانًا من 0 إلى 180 درجة في كل خطوة بفاصل 5 ثوانٍ. يتوافق هذا الدوران للمحرك السائر مع دوران الأرض حول الشمس ، والذي يمثل تغيرات بمقدار 180 درجة في اتجاه الأرض فيما يتعلق بالشمس. تمت برمجة محرك السائر لتوفير دوران 90 درجة في معظم الأوقات.